浅谈数字化变电站中电子互感器的应用及前景

朱胜龙 俞登洋 李坚林 叶剑涛 杨为 李宾宾 陈忠

摘 要： 随着科学技术的不断发展，数字化变电站在各种相关新技术的不断发展下得到快速发展，特别是光电互感器的应用，更使数字化变电站得到快速的發展。

笔者从电子式互感器的原理以及性能特点等相关概念出发，分析了电子互感器的运用对数字化变电站产生的影响，并阐述了电子互感器应用于数字化变电站存在的技术问题，最后对电子式互感器的应用现状以及今后的发展前景进行了分析。

关键词： 电子式互感器；数字化变电站；前景

1. 电子式互感器概述

为了更好的使读者能够对数字化变电站的定义和光电互感器有一个全面的认识，以下将从数字化变电站的定义、电子式互感器的定义、电子式互感器的基本原理以及电、电子式互感器的性能特点这四个方面来对电互感器作概要性说明。

1.1电子式互感器的定义

所谓的电子式互感器，通俗的理解就是利用光纤传感以及光电子技术用于实现电力系统电流和电压测量的一种新型的数据测量设备，它是光学电流互感器、光学电压互感器以及光学组合式互感器的通称。

1.2电子式互感器的基本原理

电子式互感器主要分为有源型和无源型这两种类型，以下就分别对这两种不同类型的电子式互感器作详细说明。

（1）有源型电子式互感器的基本原理，有源型电子式互感器的基本原理是高压电位侧的电流信号通过互感器的线圈将电信号传递给发光元件，实现电信号向光信号的转变，由光纤将光信号传递到低电位侧，并进光信号转变为电信号的逆转变化后，将强度增强的电信号传送出去的一种工作原理。

（2）无源型电子式互感器的基本原理，无源型光电互感器的基本原理则是有效利用了物理学中法拉第电磁效应，其工作原理是将光信号通过电磁场中的磁光材料，使光信号的偏振面在一定程度上发生旋转，通过测算通流导体周围光信号偏振面的旋转角度，来推算导体中的电流值。

1.3电子式互感器的性能特点

总结一下，电子式互感器具有如下几个方面的性能特点：（1）绝缘性能非常好，由于不含铁芯其造价也比较低，而且不存在铁磁谐振和铁芯饱和等其他相关问题；（2）安全性能比较高，不会因充油等问题发生易燃、易爆等危险现象；（3）低压侧与高压侧的二者之间不存在开路高压的危险；（4）通信能力比较强，可以很好的满足智能化、数字化以及网络化技术的需要；（5）暂态响应速度十分迅速而且频率响应范围也比较宽；（6）具有体积小、重量轻和装置结构紧凑的特点；（7）各项功能模块相对独立，易于安装和维护；（8）不易受电磁信号的干扰，信号传输距离比较远；（9）固态精度和稳态精度都比较高。

2. 电子式互感器的运用对数字化变电站产生的影响

2.1电子式互感器的运用有效改进了数字化变电站的通信系统结构

由于电子式互感器具有通信能力强、数字信号接收和输出以及接口方便的优良特性，将电子式互感器应用于数字化变电站可以有效改变数字化变电站通信机制的通信方式。它可以实现多个不同装置在共享同一个互感器信号时，可以将互感器信号和电子式互感器装置构成一个网络，实现资源的共享，进而可以有效改进数字化变电站的通信系统结构。

2.2电子式互感器的运用有效降低了数字化变电站的运行费用

与传统电磁式互感器相比，电子式互感器接收和传递的是数字信号，不需要使用多路转换开关、采样保持以及A/D转化等设备，即可直接提供所需的数字信号，这样就可以有效简化数字变电站中相关设备的硬件结构，从而可以有效降低数字化变电站的运行费用。

3. 电子式互感器在数字化变电站中的应用

3.1电子式互感器在数字化变电站中的应用

现代的数字化变电站主要是用来实现智能设备之间的信息共享和互相操作。数字化变电站主要可以分为三层：一次电力装备的过程层、间隔层以及变电站的站控层。数字化变电站在工作过程中的第一步就是要在过程层实现测量输出数字化，而因此在数字化变电站中使用电子式互感器输出数字信号最合适不过了。

通过查阅电子式互感器在数字化变电站中的结构分布图可以得知：分布于过程层的电流互感（ECT）和电压互感器（EVT）可以向分布于间隔层的合并单元（MU）传输电流和电压测量所得的数据，然后合并单元（MU）再将测量所得的数据传输到保护控制装置，最后传输到站控层。根据IEC标准中的规定，在数字化变电站中，每个间隔之间要包含七路电流测量和5路电压测量。电子式互感器与合并单元（MU）在进行光纤通信时可以根据实际情况采用过程总线的传输方式或者点对点的传输方式。

3.2电子式互感器在数字化变电站中应用的优势

3.2.1测量精度高

传统的电磁式互感器在测量时产生的误差会根据二次回路负荷的改变而改变，因此会产生不可预计的误差。而电子式互感器所传输的信号为数字信号，在信号的传输过程中不会有其他的误差产生，因此测量精度会比较高。

3.2.2 二次设备结构简化

现代数字化变电站使用的大部分都是数字设备，而传统的电磁式互感器只能输出模拟信号，模拟信号要传送到这些数字设备需要经过小电流互感器、小电压互感器、采样保持、多路转换开关、A/D转换等环节，二次设备结构比较复杂。而电子式互感器传输的为数字信号，不需要经过上述的环节，可以直接传输到数字设备，从而大大的简化了二次设备结构。

3.2.3 提高了间隔层和过程层连接的灵活性

传统的电磁式互感器传输的是模拟信号，并且信号是通过同轴电缆传输的。如果遇到多个装置需要同一个互感器传输信号的情况，就需要进行二次接线，过程比较复杂，同时还会受到电磁场的干扰作用。在电力系统中可以首先构造一个总线网络，总线网络主要由电子式互感器和使用电子式互感器传输信号的装置构成，这样就可以使得数据的传输变得很方便，轻松地实现数据的共享。

3.2.4 保护装置的性能得到明显提高

作为科技研究前沿的电子式互感器，它为基于高频暂态信号的保护创造了可行的条件，这样一来就明显地提高了保护装置的快速性、灵敏度以及准确性。

3.2.5 实现有效的故障录波

在现实生活中，故障录波最难解决的问题就是由于内部分量电流使得小电流互感器饱和，进而使记录的数据失去准确性。电子式的互感器它的本身就是不饱和的，而且它所输出的是数字信号，在结构上就省去了小电流互感器这一装置，从而使故障录波的高保真成为了可能。

4.电子式互感器的应用前景

两种电子互感器相比，无源电子式互感器一次侧不需供电电源，比较具有优势，但是其光学装置的制作过程比较复杂，并且并能不太稳定。而目前在有源电子式互感器的研究上已经具有了比较成熟的技术，随着大量的研制成果被运用于实际，有源电子式互感器会得到进一步的推广和应用。

5.结语

电子互感器是互感器传感的准确化、传输光纤化和输出数字化发展趋势的必然结果。随着微机保护的应用，二次保护设备不再需要高功率的输出信号。光电互感器以其高精度、高可靠性、宽频带等特点和在实际应用中表现的优良特性表明：ETA/ETV完全能够适应电力计量和继电保护数字化、自动化变电站的发展潮流，并将成为未来互感器发展的主流方向。

参考文献

[1] 程云国，刘会金.光学电压互感器的基本原理与研究现状[J].电力自动化设备，2012（12）：7-11.

[2] 许大可，赵建宁.电子式互感器在数字化变电站中的应用[J].高电压技术2011（1）：122-125.